Есть некоторые вещи, которые следует решить в первую очередь.

---

Химическое равновесие

Это условие, при котором скорость прямой реакции равна скорости обратной реакции для обратимой реакции .

$$\ce{A<=>[k_f][k_r]B}$$

В таком случае,$k_f.A=k_r.B$, при равновесии, если реакции первого порядка. Если$k_f>k_r$, то концентрация B будет выше, чем концентрация A в точке равновесия.

---

Устойчивое состояние

Это состояние системы, при котором общая концентрация всех компонентов (реагентов и продуктов) остается постоянной во времени или колеблется с постоянной амплитудой и частотой. Математически дифференциальные уравнения, обозначающие систему (как упоминал Декстер ), равны нулю.

Если это условие применимо только к одному или нескольким, но не ко всем компонентам системы, то говорят, что она находится в квазистационарном состоянии.

Если есть только два вида, которые взаимопревращаются, но не образуются и не деградируют, то стационарное состояние будет таким же, как и химическое равновесие. Однако следует отметить, что химическое равновесие является свойством обратимой реакции , тогда как устойчивое состояние является свойством системы .

---

Возвращаясь к вашему основному вопросу, я не знаю, что на самом деле имел в виду ваш учитель, но это мое объяснение.

Согласно вышеприведенным определениям, нельзя сказать, что клетка находится в равновесии, потому что клетка — это система, а не реакция. Использование термина «равновесие» различается в разных областях исследования, и физики используют стационарное состояние и равновесие как синонимы. Однако это не практикуется среди химиков и биохимиков.

Сказав это, я бы сказал, что клетка достигает устойчивого состояния. Я думаю, что ваш учитель хотел подразумевать, что клетка постоянно реагирует на внешние раздражители (которые меняются случайным образом) и поэтому никогда не остается в каком-либо заданном устойчивом состоянии в течение длительного времени.

Могут ли клетки не существовать в статическом равновесии?

Нет, не знают. На самом деле термин «статическое равновесие» никогда не используется в химии, потому что на самом деле это никогда не происходит. В статическом равновесии все скорости должны быть равны нулю, тогда как в динамическом равновесии скорости должны уравновешивать друг друга. Статическое равновесие обычно применимо только к макроскопическим объектам (которые не включают молекулы).

Примечание о стохастичности : Химические реакции следуют вероятностной кинетике, т.е. реакции происходят с некоторой вероятностью, а не с фиксированной скоростью (эти вероятности могут быть неодинаковыми для разных реакций). Химические системы могут быть аппроксимированы детерминированными моделями на термодинамическом пределе , который отражает «среднее» поведение системы.

когда что-то находится в динамическом равновесии, почему это означает, что концентрации реагентов и продуктов не обязательно равны?

См. первый раздел. Аналогичная логика применима к установившемуся режиму. Стационарные концентрации зависят от кинетических параметров.

Если бы ячейка была закрытой системой (которой она не является),

Да, ты прав. Ячейка не закрытая система.

мой учитель упоминает, что клетки никогда не могут быть в равновесии

Нет. Это зависит от вашего определения равновесия и от его вида. Например: клеточные мембраны большую часть времени находятся в химическом равновесии, чтобы поддерживать свой потенциал покоя .

не могут ли клетки находиться в динамическом равновесии (где скорости реакций = скорости продуктов)?

Да. Предполагается , что большинство клеточных процессов находятся в динамическом равновесии, что справедливо для большинства макроскопических явлений. Микроскопически все стохастично.

Предполагается , что большинство клеточных процессов находятся в динамическом равновесии.

Я не совсем понимаю разницу между равновесным, динамическим и статическим. И когда что-то находится в динамическом равновесии

Смотри сюда !

И когда что-то находится в динамическом равновесии, почему это означает, что концентрации реагентов и продуктов не обязательно равны?

Предположим, что система A -> B -> C -> A со скоростями реакции v1, v2 и v3. Если написать дифференциальные уравнения для этой системы,

$$\frac{dA}{dt} = v3\times C - v1\times A\\ \frac{dB}{dt} = v1\times A - v2\times B\\ \frac{dC}{dt} = v2\times B - v3\times C$$ Теперь в равновесии, $$v3\times C = v1\times A = v2\times B$$ Теперь вы можете расположить свои v1,v2 и v3 так, чтобы концентрации A, B, C были разными. При таком уходе система может находиться в динамическом равновесии даже тогда, когда концентрации А, В и С неодинаковы.